Altezza del Sole: metodi e strumenti

Misurare l'altezza del Sole è un'operazione di facile realizzazione e che sta alla base di alcune delle principali esperienze didattiche che proponiamo. Concettualmente, tutti i metodi che descriviamo si basano sulla proiezione di un'ombra da parte di uno stilo verticale (gnomone) e la misurazione diretta o indiretta dell'angolo che i raggi solari formano con il piano orizzontale.

Prima di passare agli strumenti, consigliamo di leggere le seguenti:

arrowpremesse concettuali, calcoli da eseguire, e alcune importanti indicazioni tecniche.

Gli strumenti

Proponiamo principalmente tre tipi di strumenti, tutti costruiti con materiali di uso quotidiano. Li elenchiamo con un ordine che dipende all'incirca dal livello di complessità di realizzazione e di utilizzo.

metodo del sestante mobile metodo del cartoncino metodo foro gnomonico

Il quadrante mobile

arrow Un piccolo strumento di cartoncino

arrow Foro gnomonico ad altezza elevata

Confronti

Il Il quadrante mobile è un metodo di misura diretta, è di facile costruzione ed uso e, didatticamente, favorisce l'immediata comprensione di ciò che stiamo misurando. Richiede la cooperazione di due alunni per ogni strumento nel momento della misurazione. Lo strumento può essere utilizzato in numerose altre situazioni didattiche, come ad esempio misurare l'altezza di un albero, di una torre o addirittura di una montagna con il metodo trigonometrico. Si può inoltre misurare la latitudine del luogo traguardando la stella Polare attraverso il tubicino. Il difetto principale è la scarsa precisione di misura dovuta innanzitutto alle piccole dimensioni di uno strumento portatile la cui scala non va oltre la precisione di un grado, all'instabilità della mano che sostiene lo strumento e al dondolio del filo a piombo.

Lo gnomone costruito con un arrow un piccolo strumento di cartoncino implica una misurazione indiretta che richiede un calcolo trigonometrico. E' di facilissima costruzione. Rispetto al precedente, se da una parte aumentano le fonti di errore (sono richieste due misure lineari e il controllo dell'orizzontalità del piano di appoggio) dall'altra si lavora su un appoggio relativamente stabile. La facilità di costruzione permette inoltre di realizzare rapidamente un gran numero di strumenti, cioè di postazioni che misurano contemporaneamente e ottenere una buona valutazione dell'altezza del Sole dalla media delle misure.

Se poniamo un arrow foro gnomonico ad altezza di oltre un metro rispetto al piano di proiezione della macchia luminosa, aumentiamo di gran lunga la precisione dello strumento. A patto però di ridurre le dimensioni del foro in modo tale da ottenere un effetto "camera oscura" (cioè proiettare un'immagine del disco solare sul pavimento). Per ottenere questo fenomeno è necessario che l'altezza del foro rispetto al piano di proiezione sia almeno 150 volte il diametro del foro. Ma non troppo oltre. Si può andare oltre solo se l'ambiente di proiezione è sufficientemente buio, altrimenti l'immagine del Sole sul pavimento, pur diventando sempre meno sfocata ai bordi, tende a non essere percepibile perché troppo poco luminosa. Con alcune prove di varie dimensioni del foro si può trovare un buon compromesso specifico per ciascun ambiente.
Se costruiamo questo strumento e lo manteniamo fisso in una classe, possiamo anche tracciare sul pavimento la linea meridiana che ci servirà per tutte le successive misurazioni dell'altezza del Sole senza dover controllare l'orologio in attesa del mezzogiorno vero del luogo.

Prove di precisione

In questa pagina, per chi lo desidera, si trovano le istruzioni per controllare la validità dello strumento costruito, senza aspettare un appuntamento collettivo di misurazione. Infatti è possibile eseguire una misurazione a qualsiasi ora del dì e in qualsiasi giorno dell'anno e confrontare immediatamente il valore ottenuti con quello teorico di altezza del Sole.

Altri strumenti proposti

arrow Il bastone

arrow Uno strumento con due squadrette

arrow Indicazioni per la costruzione di quadranti e sestanti

arrow Costruzione di uno gnomone con strumenti del laboratorio di fisica

arrow Costruizione di un plinto tolemaico con una scatola per CD

Vedi anche strumenti storici


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